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Os pesquisadores identificam o mecanismo novo através de que as plantas podem regular a expressão genética

Apenas como outros organismos, as plantas devem responder dinâmicamente a uma variedade de sugestões sobre sua vida. Atravessando as fases desenvolventes diferentes, ou alterando seu formulário em resposta a uma seca ou a uma mudança de temperatura drástica exige a alteração que de seus genes estão expressadas em proteínas e quando aqueles processos ocorrem.

Em um papel novo na pilha desenvolvente, uma equipa de investigação conduzida por biólogos Brian Gregory de Penn e Xiang Yu identificaram um mecanismo por que as plantas podem conduzir este regulamento ágil da expressão genética.

Desembalaram os detalhes de um processo por meio de que a sinalização da hormona provoca a remoção de uma estrutura chamada o dinucleotide de adenina de nicotinamida (NAD+) de uma extremidade, chamados o 5' extremidade, de determinadas moléculas do RNA de mensageiro (mRNA), os transcritos que causam proteínas.

Quando o presente, estes tampões dirigir a pilha para dividir o transcrito associado do mRNA, assegurando-se de que sua proteína correspondente não esteja feita.

Nós vimos mudanças no nível de ocorrência tampando do mRNA NAD+ em tecidos de planta diferentes e em fases desenvolventes diferentes. Este parece ser um interruptor de ligar/desligar potencial rápido que as plantas possam usar para regular seus níveis do RNA.”

Brian Gregory, estuda o autor superior e o professor adjunto na escola das artes & das ciências, departamento de biologia, Universidade da Pensilvânia

Os “pesquisadores que trabalham em pilhas mamíferas tinham identificado uma enzima que parecesse executar uma acção análoga, removendo estes tampões de NAD+,” diz Yu, um pesquisador pos-doctoral no laboratório de Greogry e autor do papel o primeiro. “Nossos são o primeiro estudo para mostrar este processo em um organismo inteiro, vivo.”

Este trabalho tem suas origens nos resultados preliminares que o laboratório de Gregory gerou perto de uma década há. Ao ensinar uma classe no RNA, Gregory tinha compartilhado com seus estudantes de um papel sobre uma versão do fermento da proteína de planta DX01, uma enzima conhecida agora para ser responsável para remover NAD+ do mRNA.

“Eu tornei-me intrigado realmente sobre o que fazia nos eurkaryotes,” ele digo. Naquele tempo, seu laboratório cresceu plantas com uma mutação DX01 e encontrou que seu crescimento stunted, suas folhas era pálido - esverdeie, sua revelação foi atrasada, e tiveram defeitos na fertilidade.

“Eu pensei, “isto estou fresco, nós preciso de trabalhar neste, “” avisos de Gregory.

Levando a cabo a, encontraram que os mutantes tiveram uma abundância de RNAs pequeno, as moléculas associadas frequentemente com o silêncio da expressão de outras moléculas do RNA. Mas finalmente não poderiam reunir uma história apreciável de como a mutação fazia com que RNAs pequeno acumulasse, e o trabalho parou.

Parou isto é, até há alguns anos atrás, quando outros cientistas que trabalham no regulamento mamífero do RNA começaram a publicar a exibição do trabalho que as pilhas mamíferas possuem DX01 também, e que poderia reconhecer e remover tampões de NAD+.

Com esta compreensão nova do papel de DX01, Gregory, Yu, e os colegas decidiram escolher seu próprio apoio do trabalho. Estudando plantas, o grupo poderia tomar aos resultados nos mamíferos uma etapa mais, olhando in vivo, em como a enzima estava actuando em um organismo vivo, crescente.

Os pesquisadores confirmaram primeiramente que DX01 actuou similarmente nas plantas como nos mamíferos, removendo o NAD+ dos transcritos do mRNA. As plantas que faltam DX01 desenvolveram os problemas que Gregory tinha visto anos mais cedo: crescimento e revelação stunted. Igualmente usaram uma técnica para isolar-se e arranjar em seqüência somente os mRNAs de NAD+-capped e encontrar que os transcritos do mRNA com tampões de NAD+ ocorreram freqüentemente para aquelas proteínas da codificação relacionaram-se à resposta do esforço, assim como àquelas envolvidas em processar NAD+ próprio. A análise mais aprofundada confirmou que o tampão de NAD+ fez os mRNAs mais provavelmente a ser divididos.

Para continuar nos indícios que apontam a uma participação na resposta do esforço, a equipe aplicou níveis de variação de uma hormona de esforço da planta, ácido abcessical, às plantas com ou sem um DX01 de funcionamento. As plantas com um mutante DX01 não pareceram ser afectadas pela concentração em mudança da hormona, quando aquelas com um DX01 funcional eram, apontando a um papel para NAD+ que tampa na resposta a esta hormona.

E certamente, encontraram que o nível de tampar de NAD+ do RNA em resposta ao ácido abcessical mudou dinâmicamente.

“Olha como tampar de NAD+ é tecido-específico e responde pelo menos a uma sugestão fisiológico específica,” diz Gregory, “pelo menos nas plantas. Aquele é becaue que consideravelmente puro olha como é um regulador forte da estabilidade do RNA, assim que a planta pode desestabilizar grupos diferentes de transcritos do mRNA, segundo onde este processo está actuando e que sugestão está sendo dada.”

Os resultados do grupo amarrados mesmo de volta à descoberta que incomum tinham feito muito mais cedo, de um acúmulo de moléculas pequenas do RNA. Em suas plantas do mutante DX01, observaram que os transcritos tampados NAD+ do mRNA estiveram processados em RNAs pequeno, que são igualmente instáveis. Gregory, Yu, e os colegas acreditam que este pode ser um mecanismo secundário para remover NAD+ e se livrar destes transcritos noncanonically tampados, mesmo na ausência de DX01.

“O que está indo sobre é ele está usando um outro caminho, fazendo RNAs pequeno, talvez para receber de volta o NAD+ assim que pode usá-lo para outros processos,” Yu diz.

Certamente, NAD+ é um componente crítico no metabolismo, assim que faz o sentido que as plantas teriam estratégias múltiplas para assegurar elas lhes têm bastante disponível, os pesquisadores diz.

No trabalho futuro, o laboratório de Gregory espera continuar a explorar a marca de NAD+, incluindo dando certo como se adiciona e é removido não apenas.

“Uma vez que nós aprendemos como adicionar, para reconhecer, e para o remover, dá-nos a potência usar este processo como uma ferramenta para regular várias respostas nas plantas,” Gregory diz, uma potência que poderia possivelmente ser usada na agricultura.

Mas a saúde humana podia tirar proveito destas introspecções também. Os pesquisadores de Penn dizem que o trabalho merece a continuação em sistemas mamíferos. “Eu seria curioso ver que tipos de transcritos do mRNA nos mamíferos respondem às hormonas diferentes,” digo Gregory.

A adição e a remoção do tampão de NAD+ podem mesmo ser envolvidas na biologia do cancro, Gregory e Yu dizem. O metabolismo anormal da pilha considerado nas células cancerosas deve frequentemente aos percalços no tipo de regulamento a que os transcritos do mRNA se submetem, e há “uma probabilidade real,” Gregory diz, que tampar e destampamento de NAD+ poderiam jogar um papel.

Para sua parte, Gregory é satisfeito ter podido mover-se para a frente com uma área de pesquisa que o iluda anos há, um que está abrindo uma área de estudo nova para seu laboratório.

“Esta é definida uma daquelas histórias que me lembra que a ciência não é uma sprint; é uma maratona,” Gregory diz.

Source:
Journal reference:

Matthew, X. Y., et al. (2020) Messenger RNA 5′ NAD+ Capping Is a Dynamic Regulatory Epitranscriptome Mark That Is Required for Proper Response to Abscisic Acid in Arabidopsis. Developmental Cell. doi.org/10.1016/j.devcel.2020.11.009.